《操作系统原理》教学大纲

1、操作系统原理教学大纲一、课程说明课程编号： 390210X30课程名称（中/英文）：操作系统原理/Operating Systems Principles课程类别：必修课，专业核心课学时/学分：48/3先修课程：数据结构、程序设计语言适用专业：软件工程、计算机科学与技术、信息安全、物联网等专业 教材、教学参考书：Operating System Concepts (7th Edition)，Abraham Silberschatz， 北京：高等教育出版社， 2012.12计算机操作系统(第四版)，汤子瀛，西安：西北电子科技大学出版社，2015.6计算机操作系统教程(第4版)，张尧学， 北京：清

2、华大学出版社，2013.10课程设置的目的意义操作系统原理课程是计算机科学与技术、软件工程等专业主干课程，也是信息类各专业的必修课程。操作系统是计算机系统的核心系统软件，负责控制和管理整个系统，使之协调工作。本课程注重介绍计算机操作系统的基本概念、原理、方法、技术和算法，结合当代流行的操作系统（如：Unix，Linux，Windows），全面介绍操作系统的本质和特点。通过本课程的学习，使学生认识到操作系统在计算机软硬件资源管理中的地位和作用，掌握操作系统的基本概念、原理和基本方法，了解操作系统的发展方向，掌握操作系统的基本原理与实现技术等必要知识，使学生从深层次了解操作系统的组成、结构、功能和

3、设计，掌握操作系统的分析和设计方法以及操作系统的开发模式和开发方法。培养学生观察问题、分析问题、解决问题和实际动手能力。增强学生大型系统软件的开发能力，并注重专业素养的不断提高，为学生以后参与系统软件分析和开发奠定基础。三、课程的基本要求通过本课程的学习，要求学生能够了解操作系统的基本原理、方法和实现技术，初步掌握操作系统的分析和设计方法，能采用操作系统的开发模式和开发方法参与系统软件的分析、设计和实现，为学生以后参与系统软件分析和开发奠定良好的基础。具体要求如下：（一）知识学习要求1. 了解操作系统的基本概念、原理和基本方法；2. 熟悉处理机调度、内存管理、设备管理和文件管理的基本原理与方法

4、；3. 重点掌握多道程序设计、调度、死锁、缓冲的实现技术和算法；4. 掌握操作系统的基本开发模式，能结合操作系统实例初步进行操作系统的分析和设计。（二）能力培养要求1. 结合必要的实验与实践环节，增强对操作系统原理、方法及机制的理解与应用能力；2通过原理方法的掌握与理解，培养对现代操作系统实现机制与方法的分析理解能力；3结合现代操作系统案例分析，深入理解诸如处理机调度、内存管理等功能的实现机制，培养学生分析问题、解决问题以及理论与实际相结合的能力；4. 结合经典算法与原理的分析，启发学生运用所学设计新算法、添加功能的创新意识；5. 结合大型系统软件实现方法，增强学生的大型系统软件整体构思、设计

5、与开发能力；6. 实践环节引导学生分工协作，有意识地培养学生组织、沟通、协作等团队合作能力。（三）素质培养要求1. 通过操作系统发展与完善历程，启发学生善于用批判性思维方法改进完善软件功能；2. 建立以人为本的系统设计理念，以及多角度、多机制的系统软件组织设计开发模式；3. 理解团队合作的作用及其意义，培养合作开发中的协作意识、敬业精神和职业道德。四、教学内容、重点难点及教学设计（一）教学内容第1章 Introduction 介绍操作系统的基本概念、形成、发展以及操作系统类型、功能和特点。重点介绍多道程序和批处理系统、分时系统、实时系统的实现思想、特征。使学生初步了解操作系统的功能、作用和特点

6、。 介绍计算机系统中输入/输出结构、存储器结构、存储器层次结构和通用系统结构，重点介绍硬件保护方法与技术。学生应掌握系统两种工作状态（管理态/用户态）及特权指令/非特权指令设置目的和实现方法。第2章Operating System Structure 本章属承上启下性章节，主要分类简单介绍操作系统各种管理功能及主要任务。重点介绍虚拟机的概念、实现思想和优缺点，以及操作系统的层次结构组成。操作系统五大功能第3章 Processes 本章是重点章节之一。主要介绍进程的基本概念、进程的状态转换及原因、进程控制块（PCB）的组成、高级/中级/低级调度的功能、进程间通信方式。学生应重点掌握进程与程序的区

7、别、进程的基本状态、进程创建/撤销原语的功能、直接通信/间接通信的实现方式等。第4章Threads本章主要供学生课外自习掌握。重点了解线程引入原因以及多线程模型，并结合已经使用的Java线程应用实践，加深对线程的理解与应用。第5章CPU Scheduling 本章是重点章节之一。主要介绍进程调度（低级调度）的功能和作用，掌握调度准则和六种基本的调度算法，以及多处理机系统调度、实时系统调度的基本实现思想。第6章 Process Synchronization本章节是重点章节之一。主要进程同步的概念。介绍临界资源与临界区，临界区的使用原则，信号量机制，生产者-消费者问题，读者-写者问题、哲学家进餐

8、问题，管程这些概念和重点知识，要求学生掌握进程同步的软件实现方法，进程同步的硬件实现方法，用信号量机制解决生产者-消费者问题，用信号量机制解决读者-写者问题，用信号量机制解决哲学家进餐问题，用管程替换信号量机制这些技能。第7章 Deadlocks本章主要向学生介绍死锁基本概念，掌握了解死锁的定义，死锁产生的原因，死锁发生的必要条件，如何进行死锁的预防，死锁避免和死锁检测。同时向学生结合实例分析了解资源分配图，掌握银行家算法以及死锁预防与恢复方法。第8章Memory Management 本章主要了解存储管理的基本功能、连续存储分配和离散存储分配的区别。重点掌握实存管理中连续存储分配、交换、分页

9、存储管理、分段存储管理、段页式存储管理的实现思想与技术。第9章 Virtual Memory本章主要介绍虚虚拟存储管理的原理与方法，掌握页面置换算法、抖动产生的原因及预防手段。重点讲解请求分页存储管理和页面置换算法以及页框的分配与抖动。特别是分页、分段存储管理是现代操作系统常用的存储管理方式，学生应结合操作系统实例分析、实验，加深对虚拟存储管理的技术、算法的理解。第10章 File-System Interface本章主要介绍文件系统中相关的基本概念、原理与方法。学生应掌握文件系统基本概念，文件系统目录结构。第11章 File System Implementation本章主要介绍文件的物理组

10、织方式、目录的结构、文件的保护、外存空间的分配与回收方法、文件系统性能评价手段等。学生应掌握直接访问和随机访问特点，掌握多级目录结构的思想方法和优缺点，掌握文件共享与保护机制，掌握连续结构、连接结构、索引结构等文件组织方法，掌握外存空间管理、特别是位示图等外存空间的管理方法。第12章 Mass-Storage Structure主要介绍磁盘结构，磁盘属性。通过结合案例进行分析和讲解，让学生掌握改进磁盘性能的方法，磁盘调度算法。第13章 I/O Systems 主要介绍输入/输出设备的管理机制与方法，重点介绍缓冲技术、特别是Spooling技术的实现方法。第14章Seminar本章以讲座形式介绍

11、操作系统发展趋势、多处理机调度、安全性等相关前沿知识，使学生了解操作系统的发展动态与更新理念。（二）课程重点、难点(1)课程重点：多道程序设计，进程状态转换，进程与程序区别，进程同步与互斥；进程调度原则，进程调度算法，死锁原因与条件，死锁预防与避免；内存管理方式，虚拟存储方法，文件结构及管理，磁盘结构与算法。(2)课程难点：并发控制，进程同步与互斥的实现，进程调度算法；虚拟存储器管理，多道程序设计的原理和实现，缓冲算法和实现技术。（三）教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章操作系统的基本概念、形成、发展以及操作系统类型、功

12、能和特点；系统两种工作状态440多道程序、分时、实时系统的实现思想、特征；硬件保护方法与技术操作系统功能、作用；系统两种工作状态结合现代系统特点讲述并分析第2章操作系统各种管理功能及主要任务220虚拟机的概念、实现思想和优缺点，以及操作系统的层次结构虚拟机构建与应用结合Java介绍Project1发布（课外）第3章进程概念、进程状态转换及原因、PCB组成、高级/中级/低级调度的功能、进程间通信方式440进程与程序的区别、进程的基本状态、进程创建/撤销原语的功能、直接通信/间接通信的实现方式进程理解、PCB组织、IPC方式第4章线程引入原因以及多线程模型000多线程模型线程应用课外自习内容结合J

13、ava程序开发应用实践，理解掌握第5章进程调度功能和作用，进程调度算法444调度准侧，不同调度算法的优缺点调度算法的理解与实际应用处理机调度实践项目发布第6章临界区使用原则，信号量机制，经典同步问题，管程440信号量机制实现三个经典同步问题的方法信号量机制的理解与应用第7章死锁概念及预防、避免、恢复430死锁产生原因、死锁必要条件，死锁预防、避免、恢复思想银行家算法第8章实存管理原理、思想与方法330连续存储分配、分页、分段存储管理的实现思想连续与离散分配的实现思想技术第9章虚存管理原理、实现思想与方法534页面置换算法、抖动产生的原因及预防手段分页存储管理机制存储管理实践项目发布第10章文件

14、系统中相关的基本概念、原理与方法210文件系统目录结构目录组织方式第11章文件的物理组织方式、FCB、文件保护、外存空间分配回收220直接访问和随机访问特点，多级目录结构的思想方法，文件共享与保护文件组织方法、位示图文件管理实践项目发布（课外）第12章磁盘结构与磁盘属性21.50改进磁盘性能的方法，磁盘调度算法磁盘访问时间、磁盘调度算法通过结合案例分析和讲解第13章I/O设备的管理机制与方法20.50缓冲技术SPOOLing技术第14章操作系统发展趋势、多处理机调度、安全性等相关前沿知识220作系统的发展动态与更新理念多处理机调度结合实例介绍注：实践包括实验、上机等实践教学内容和基本要求要求通过完成课内实验作业，熟悉处理机调度与存储管理基本原理，掌握PCB组织、动态优先级处理机调度算法基本方法以及连续/离散存储管理的基本结构与过程，要求学生开发完成结构合理、算法应用准确、功能齐全、界面优良的实验项目。要求在课外，针对教